Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Aluminiumfolie mit integrierten Sicherheitsmerkmalen sowie eine durch dieses Verfahren hergestellte Aluminiumfolie mit integrierten Sicherheitsmerkmalen .

Medizinische Produkte, welche üblicherweise mit Hilfe von Aluminiumfolien verpackt werden, sind oftmals Zielscheiben für Fälschungen. Fälschungssichere Merkmale sollten daher so nahe wie möglich am medizinischen Produkt sein, d.h. das direkte Anbringen von Sicherheitsmerkmalen während des

Herstellungsprozesses von Primärverpackungen bietet hierfür die beste Voraussetzung.

Es wurde daher - wie bei Banknoten üblich - versucht, auch Verpackungsmaterialien für die Pharmaindustrie mit Hologrammen zu versehen. Dabei hat es sich gezeigt, dass auch Hologramme, obwohl deren Herstellung relativ aufwendig ist, gefälscht werden können.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, wobei eine Aluminiumfolie in mehreren

Kaltwalzstichen auf eine Dicke von weniger als 150 ym

abgewalzt wird, und wobei gleichzeitig an beiden

Oberflächenseiten der Aluminiumfolie eine in Walzrichtung verlaufende Texturierung entsteht, wobei aus zumindest zwei dieser Aluminiumfolien ein loser Verbund gebildet wird, welcher in einem letzten Kaltwalzstich einem Arbeitswalzenpaar zugeführt wird, bei welchem auf zumindest einer

Walzenoberfläche die in Walzrichtung durch Schleifen erzeugte reliefartige Oberflächenstrukturierung kontrast- und

motivabhängig in einem Bereich von 10 bis 50 % bezogen auf die mittlere Rautiefe zur Ausbildung eines Motivs für ein Sicherheitsmerkmal reduziert wurde, welches auf die der

Walzenoberfläche zugewandten Oberflächenseite der

Aluminiumfolien übertragen wird, wonach der lose Verbund der Aluminiumfolien getrennt wird.

Weitere Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind gemäß

Unteransprüche 2 bis 5 offenbart.

Die Erfindung betrifft weiters eine Aluminiumfolie mit integrierten Sicherheitsmerk-malen, welche nach dem

erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird, und welche

Sicherheitsmerkmale in einem Ausmaß von höchstens 30 % pro Flächeneinheit aufweist.

Weitere Ausgestaltungen dieser erfindungsgemäßen

Aluminiumfolie sind gemäß Unteransprüche 7 bis 10 offenbart.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines möglichen

Ausführungsbeispiels zur Durchführung der Erfindung sowie anhand der Figuren 1 bis 8 näher erläutert.

Dabei zeigt Figur 1 ein Arbeitswalzenpaar für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Figur 2 eine Detailansicht zu einer Arbeitswalze sowie zu deren Oberflächenausgestaltung, Figur 3 die Striebeckkurve zur Dokumentation der relevanten Verfahrensparameter im Walzenspalt sowie Figur 4 den

Verfahrensablauf zum Herstellen der integrierten

Sicherheitsmerkmale. Figuren 5 bis 8 zeigen mögliche

Ausführungsformen für das integrierte Sicherheitsmerkmal.

Der Herstellungsprozess der erfindungsgemäßen Aluminiumfolie 1 mit integrierten Sicherheitsmerkmalen 6 besteht zunächst aus den Teilprozessen Stranggießen, Homogenisieren, Warmwalzen, Kaltwalzen und anschließendem Glühen oberhalb der

Rekristallisationstemperatur. Daran schließt der Prozess des Folienkaltwalzens an. Dabei wird die Aluminiumfolie 4 in mehreren Kaltwalzstichen auf eine Dicke von weniger als 150 μιη abgewalzt, wobei gleichzeitig an beiden Oberflächenseiten 4a, 4b der Aluminiumfolie eine in Walzrichtung verlaufende Texturierung 5a, 5b entsteht, siehe Figur 4b. Diese in

Laufrichtung gebildete, strukturierte Rauheit führt zu einer gerichteten Reflexion des einfallenden Lichts, sodass auf Grund dieser gerichteten Reflexion die Oberflächenseiten 4a und 4b ein glänzendes Erscheinungsbild erhalten.

Für den letzten Walzstich wird umgerüstet, siehe Figur 1 sowie Figur 4a, wobei ein Arbeitswalzenpaar 9 eingesetzt wird, bei welchem zumindest eine Walzenoberfläche ein Motiv 6 ^λ für das Sicherheitsmerkmal aufweist. Dieses Motiv β wird insofern erzeugt, als die in Walzrichtung durch Schleifen erzeugte reliefartige Oberflächenstrukturierung IIa kontrast- und motivabhängig in einem Bereich von 10 bis 50 % bezogen auf die mittlere Rautiefe reduziert wird. Dies kann beispielsweise unter Einwirkung von Laserstrahlen erfolgen, siehe Figuren 2b ,2c und 4c. Für den letzten Kaltwalzstich wird beispielsweise aus zwei glänzenden Aluminiumfolien 4 über ein Trennmittel 7 ein loser Verbund 8 gebildet, siehe Figuren 1 und 4b. Dieser lose Verbund 8 wird dem geschlossenen Walzenspalt 9' , welcher zwischen den beiden Arbeitswalzen 10, 11 ausgebildet ist, zugeführt. Auf die der Arbeitswalze zugewandten

Oberflächenseite 4a der Aluminiumfolie wird nunmehr das Motiv für das Sicherheitsmerkmal 6 übertragen. Im Bereich des

Sicherheitsmerkmals 6 der Aluminiumfolie 1 - siehe Fig. 4d - entsteht nunmehr eine matt erscheinende, regellose

Texturierung, welche sich vom verbleibenden, glänzend

erscheinenden Oberflächenbereich 2a mit gerichteter

Texturierung 3 sichtbar abhebt. Im Bereich des

Sicherheitsmerkmals 6 kommt es aufgrund dieser regellosen Texturierung zu einer diffusen Reflexion des einfallenden Lichts, sodass der Bereich des Sicherheitsmerkmals 6 matt erscheint. Die von der Walzenoberfläche abgewandte

Oberflächenseite 2b der Aluminiumfolie 1 ist durch das

Trennmittel 7 sowie durch die zweite Aluminiumfolie - aus Gründen der Klarheit mit 4 ^λ bezeichnet - abgedeckt. Die

Kontaktseiten der beiden Folien sind gekennzeichnet durch die Walzriefen des vorherigen Walzstichs und durch die beim gedoppelten Walzen neu entstandene Rauheit, welche

hauptsächlich quer zur Laufrichtung ausgerichtet ist. Aufgrund der regellosen Texturierung dieser Oberflächen kommt es zu einer diffusen Streuung. Nach dem Kaltwalzen wird der lose Verbund aus der erfindungsgemäß hergestellten Aluminiumfolie 1 mit dem integrierten Sicherheitsmerkmal 6 sowie der Aluminium 4 ^λ getrennt. Die Aluminiumfolie 4 ^λ weist an ihrer

Oberflächenseite 4 ^x a eine gerichtete Strukturierung 5 a auf, sodass diese Oberflächenseite glänzend erscheint, wohingegen die zweite Oberflächenseite 4 b eine regellose Struktur besitzt, und daher eine matte Oberfläche aufweist.

Sind allerdings beide Arbeitswalzen mit einem Motiv 6 ^λ versehen, so wird anstelle der Aluminiumfolie 4 ^λ eine weitere Aluminiumfolie 1 mit integriertem Sicherheitsmerkmal 6

erzeugt.

Das dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrunde liegende

Folienwalzen gehört zur Untergruppe „Flachwalzen", und ist insbesondere über Verfahrensendprodukte mit einer Dicke von 20 μπι definiert. Der Kaltwalzprozess in diesem Stärkenbereich erfordert den spezifischen Einsatz von Oberflächenrauwerten bei Werkzeugen in Kombination mit prozesstechnischen

Flüssigkeiten, um die für die plastische Verformung

erforderlichen tribologischen Zustände im Walzspalt

herzustelle .

Zur Dokumentation der prozessrelevanten Verfahrensparameter wird auf die Striebeckkurve - siehe Fig. 3 - verwiesen.

Auf der Abszisse ist der Reibungskoeffizient, auf der Ordinate die Funktion aus Geschwindigkeit, Druck und Viskosität

dargestellt. Für das Kaltwalzen von Folien ist das

Mischreibungsgebiet erforderlich. Im Bereich geringer

Schmierung kommt es zu ständigem Kontakt mit dem Walzgut;

eine Reduktion des Materials ist in diesem Bereich nicht möglich, und führt in weiterer Folge zu schlechten Oberflächeneigenschaften und Beschädigung der Walze. Im Gebiet der hydrodynamischen Schmierung - siehe dazu auch

Referenzzeichen 14 aus Fig. 2a - "schwimmt" die Arbeitswalze 11 auf, sodass eine gezielte Regelung des Walzprozesses und insbesondere der Reduktion der Materialdicke nicht mehr möglich ist. Durch Variation der Parameter v, p und n kann man daher den Bereich der Mischreibung einstellen.

Nur im Mischreibungsbereich ist es möglich, Längszug- und Druckspannungen zu erzeugen, die das Material über den

Formänderungswiderstand belasten und so zu einer Umformung, das heißt Reduktion der Materialdicke, führen. Die Einstellung der für den Umformvorgang erforderlichen Parameter des Walzöls 12, nämlich Viskosität, Druckstabilität, Schmierwirkung, erfolgt durch die präzise Auswahl eines Grundöls, nämlich ein kerosinähnlicher, hoch raffinierter Kohlenwasserstoff mit genau definierter Viskosität, und durch Zugabe von ca. 5 Vol-% Walzöladditiven, die einerseits die Druckstabilität des

Mediums auf ein bestimmtes Niveau bringen, aber auch

maßgeblich die Reibungsverhältnisse im Walzenspalt 9'

beeinflussen.

Die Abstimmung dieser Parameter stellt die Grundvoraussetzung für das erfindungsgemäße Verfahren dar. Deshalb werden diese Parameter permanent überwacht und nachj ustiert . Im konkreten Anwendungsfall wird die Konzentration der Walzöladditive direkt über Probenentnahme vom Pufferbehälter des Walzgerüstes gemessen und mittels Additivierung in einem genau definierten Bereich gehalten. Zwecks genauer Dosierung wird die

Prozessflüssigkeit mittels eines Düsenbalkens auf die

Arbeitswalzen 10, 11 aufgesprüht.

Die Mischreibungsverhältnisse im Walzenspalt 9' werden

benötigt, da nur ein definierter Reibungskoeffizient das

Aufbringen von Längszugspannungen ermöglicht. Diese

Längszugspannungen wirken entgegen der Formänderungsfestigkeit, und sind beim Folienwalzen der wesentliche Faktor für das Erreichen des

Formänderungswiderstandes. Eine Dickenreduktion ohne diese Längszugspannungen ist aus technischer Sicht jedenfalls nicht möglich .

Beim Kaltwalzen mit geschlossenem Walzspalt werden die aus dem Verfahren resultierende Reduktion und damit die Banddicke im Walzenauslauf mittels des primären Parameters Entry-Tension (Einlaufzug) geregelt, da diese gegen den

Verformungswiderstand der Aluminiumfolie 4 wirken. Nach

Erreichen des maximalen Einlaufzugs wird der sekundäre

Regelungsparameter Walzgeschwindigkeit verwendet, um die

Schmierfilmdicke zu variieren (hydrodynamischer

Schmierstoffeinzug) .

Beim Kaltwalzen wird ein Mischreibungszustand angestrebt, der durch das gleichzeitige Auftreten von Grenzreibung und

Flüssigkeitsreibung gekennzeichnet ist. Bei der

Flüssigkeitsreibung, das ist die hydrodynamische Schmierung 14, sind beide Oberflächen vollständig voneinander getrennt. Die übertragene Schubspannung hängt von der dynamischen

Viskosität des Schmierstoffes und der

Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Arbeitswalze und

Aluminiumfolie ab. Bei der Grenzreibung hingegen sind die beiden Oberflächen nur durch eine wenige Moleküllagen dicke Schmierstoffschicht getrennt, wobei die Viskosität des

Schmierstoffs nur eine untergeordnete Rolle spielt. Das

Verhältnis zwischen Grenzreibung und Flüssigkeitsreibung über die Länge des Walzenspalts hängt von der Schichtdicke des eingezogenen Schmierstoffes und der Rauheit von Arbeitswalze und Aluminiumfolie ab.

Die Mechanismen zur Beeinflussung der Schmierfilmdicke 13 werden durch den hydrodynamischen Schmierstoffeinzug, den Eintrag von Schmierstoff in die Rauheitstäler IIb sowie die Anlagerung von Schmierstoffteilchen beeinflusst, siehe Fig. 2b.

Der hydrodynamische Schmierstoffeintrag 14 findet vorrangig in der Einlaufzone zum Walzenspalt 9' statt. Dabei bildet die Einlaufzone einen keilförmigen Spalt 12, wobei die

Arbeitswalze 11 und die Aluminiumfolie 4 als begrenzende

Oberflächen bei ihrer Bewegung in Richtung der Keilspitze Schmierstoff 13 in Form eines Films mitziehen, siehe Fig. 2a. Der dadurch im Walzöl hervorgerufene hydrodynamische

Druckaufbau hängt von der Walzgeschwindigkeit, der Viskosität des Schmierstoffes und der Geometrie des Walzenspaltes ab. Sobald die Fließbedingung für die Aluminiumfolien 4 erfüllt ist, werden diese plastisch verformt, und die an dieser Stelle vorliegende Schichtdicke des Schmierstoffs wird in den

Walzenspalt 9 ' eingezogen .

Im Walzenspalt 9 'wird in die Oberflächenvertiefungen, den so genannten Rauheitstälern IIb, auf der Arbeitswalze 11 und der Aluminiumfolie 4 Schmierstoff eingetragen, siehe Fig. 4c.

Dieser Vorgang hängt neben dem Ölspeichervolumen der

Oberflächen auch von der Orientierung der Oberflächenstruktur ab.

Dieser Mechanismus kann für die gezielte Änderung der

Reibverhältnisse herangezogen werden, und dient in weiterer Folge dazu, aufgrund der entstehenden Flüssigkeitsreibung eine veränderte Oberflächentextur herzustellen. Dies geschieht durch den fehlenden Kontakt der Arbeitswalze und der dadurch fehlenden Texturierung in Walzrichtung.

An der Oberfläche der Arbeitswalze und der Aluminiumfolie bilden sich durch Physisorption und Chemisorption von

Schmierstoffbestandteilen, wie z. B. oberflächenaktiven

Additiven, Grenzschichten aus, die in den Walzenspalt

9 'geführt werden. Dieser Mechanismus wird von Walzen- und Walzgutwerkstoff sowie der chemischen Zusammensetzung des Walzöls 12 und dessen Temperatur beeinflusst. Da sich die Temperatur und die Zusammensetzung des Walzöls 12 hinsichtlich der Anlagerung von Schmierstoffbestandteilen im

erfindungsgemäßen Verfahren nicht vom herkömmlichen

Kaltwalzverfahren unterscheiden, wird auf diesen Mechanismus nicht näher eingegangen.

Allerdings macht es die Kombination obiger Effekte möglich, mittels gezielter und partieller Zerstörung der

Schliffstruktur der Arbeitswalze die Schmierfilmdicke und die damit einhergehende Veränderung der tribologischen

Verhältnisse im Walzenspalt vom Mischreibungsbereich im

Bereich des Motivs in den hydrodynamischen Bereich zu bringen. Dadurch kommt es zum Aufschwimmen der Arbeitswalze, und es entsteht eine regellose Textur, die sich zwar in den

gemessenen Rauheiten kaum messbar unterscheidet, sich aufgrund der Reflexionseigenschaften jedoch optisch deutlich von den übrigen Oberflächenbereichen unterscheidet, die durch den teilweisen Kontakt mit der Arbeitswalze eine in Walzrichtung strukturierte Oberfläche aufweisen.

Die hergestellte Aluminiumfolie 1 mit integrierten

Sicherheitsmerkmalen 6 wird zu Analysezwecken in mehreren Durchgängen mit optischen Verfahren abgelichtet.

Zur anschaulichen Darstellung der Oberflächenstruktur werden repräsentative Folienmuster im Format A4 hergestellt. Für die Vermessung der Oberflächenstruktur der für die Fertigung erforderlichen Werkzeuge werden Epoxydharzabdrucke der

Oberfläche angefertigt und mittels Auflichtmikroskop und

InfiniteFocus vermessen.

Mit Hilfe dieses Analyseverfahren ist es nunmehr möglich, eine optische Identifikation zum Nachweis der erfindungsgemäß hergestellten Sicherheitsmale 6 durchzuführen. So zeigt Fig. 5 die Darstellung eines Sicherheitsmerkmales 6 bestehend aus dem Schriftzug Security in Verbindung mit der in der

medizinischen Branche üblichen Darstellung einer

Äskulapnatter. Diese wird hier selbstredend ohne Anspruch auf etwaige Ausschließungsrechte lediglich exemplarisch

dargestellt. Es ist jedenfalls wesentlich darauf hinzuweisen, dass die in Fig. 5b darstellte Oberflächenseite, welche während des Walzverfahrens von der Walzenoberfläche abgewandt war, keinerlei unerwünschte Negativdruckmotive des

vorerwähnten Sicherheitsmerkmales aufweist.

In Fig. 6 ist eine phantasiehafte Darstellung eines

Sicherheitsmerkmales 6 angegeben, wobei im Ausschnitt B, siehe dazu Fig. 6b, festzustellen ist, dass im Bereich des

Sicherheitsmerkmales 6 eine matte Oberfläche, jedoch in den jeweils angrenzenden Oberflächenbereichen die Strukturierung 3 in Längsrichtung weiter erhalten ist, wodurch die Oberfläche glänzend erscheint.

Ebenso zeigt Fig. 7 eine mittels Rasterelektronenmikroskopie aufgenommene Darstellung eines Sicherheitsmerkmales 6.1m

Bereich des Sicherheitsmerkmales ist die Oberfläche matt, wohingegen in den angrenzenden Oberflächenbereichen die

Oberfläche glänzend erscheint. Die Datailansichten gemäß

Figuren 7a bzw. 7b zeigen, dass dieser unterschiedliche Effekt dadurch hervorgerufen wird, dass im Bereich des

Sicherheitsmerkmals 6 die Oberfläche rau, in den angrenzenden Bereichen jedoch in Längsrichtung strukturiert ist.

Analoges gilt für die in Fig. 8 gezeigte Darstellung einer erfindungsgemäß hergestellten Aluminiumfolie 1 mit

integrierten Sicherheitsmerkmäl 6 Security nach der Infinitive Fokus Analyse. Auch aus den jeweiligen Darstellungen gemäß Fig. 8a, 8b, 8c und 8d lässt sich entnehmen, dass im Bereich des Sicherheitsmerkmales 6 eine regellose Texturierung, wohingegen im angrenzenden Bereich eine gerichtete

Strukturierung 13 vorliegt.

Zusammenfassend werden folgende, wesentliche

Unterscheidungsmerkmale zur exakten Identifikation des

erfindungsgemäßen Verfahrens aufgelistet: - Aufbringung des Sicherheitsmerkmals 6 unmittelbar und gleichzeitig mit der Reduktion der Dicke der Aluminiumfolie 4; daher ist kein zusätzlicher Arbeitsschritt erforderlich,

- Hohe Wirtschaftlichkeit durch hohe Geschwindigkeiten bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Aluminiumfolie 1,

Erschwerte Imitation durch die Komplexität des

Grundverfahrens ,

Eindeutige Zuordnung des Verfahrens zum Walzprozess aufgrund der Form und Anordnung der Oberflächenstrukturierung 3, Keine Möglichkeit der Entfernung der Sicherheitsmerkmale 6 ohne Zerstörung der Oberfläche der Aluminiumfolie 1,

Kein Durchdrücken des Sicherheitsmerkmals 6 auf die

Rückseite der Aluminiumfolie 1

Keine Änderung der physikalischen und/oder chemischen

Eigenschaften der Aluminiumfolie 4 wie Rauheit, Faltbarkeit, Dehnung, Zugfestigkeit und Benetzbarkeit,

- Änderung der Oberflächenbeschaffenheit im Bereich der 4.

Ordnung, messbar über die mittlere Rautiefe Rz .

Keine signifikante Änderung des arithmetischen

Mittenrauwerts Ra im Bereich des Sicherheitsmerkmals 6

Keine Formänderung im Bereich der 1. Ordnung

(Formabweichungen wie Unebenheit oder Unrundheit) , 2.

Ordnung (Welligkeiten) oder 3. Ordnung (Rillen).

Beim erfindungsgemäß angewendeten Kaltwalzen werden die optischen Merkmale, wie die Sicherheitsmerkmale 6, durch gezielte Aufbringung von unterschiedlichen Oberflächentexturen der Aluminiumfolien im Bereich der 4. Ordnung eingebracht. Es ist kein signifikanter Unterschied in den Rautiefen

festzustellen, sondern es wird ein Unterschied in der

Texturart von Riefen und Schuppen erreicht. Eine Änderung der Form der Aluminiumfolie 4 ist nicht festzustellen, daher ist auch ein Durchdrücken auf die Folienrückseite nicht gegeben.

Die graphische reliefartige Gestaltung von flexiblen

Verpackungsmaterialien mithilfe gängiger Fertigungsverfahren und Veredelungstechnologien, wie zum Beispiel Prägen

(Eindrückverfahren) unterscheiden sich hinsichtlich des

Ausgangsmaterials, Technologie und des Herstellungsverfahrens sowie der optischen bzw. mechanischen Eigenschaften des

Endprodukts signifikant vom erfindungsgemäßen Verfahren, da bei einem Eindrückverfahren, das Prägemotiv oftmals in

unerwünschter Weise auf die Rückseite des Prägegutes

durchgedrückt wird.

Beim Walzen im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Oberflächenstruktur der Aluminiumfolie 4 während des

Umformprozesses verändert, wodurch es möglich wird, die

Oberfläche mit einem oder mehreren Sicherheitsmerkmalen 6 auszugestalten. Eine Imitation durch gängige

Veredelungstechnologien ist nicht möglich bzw. als eine solche leicht zu identifizieren. Die Herstellung und die

Weiterverarbeitung der erfindungsgemäßen Aluminiumfolie 1 mit integrierten Sicherheitsmerkmalen 6 unterscheidet sich

hinsichtlich der Anzahl von Fertigungsschritten nicht von der Verarbeitung üblicher, walzharter Aluminiumfolien und kann somit einfach in den für Pharmaprodukte üblichen

Herstellungsprozess implementiert werden.